周南女校由著名革命教育家朱剑凡毁家兴办，“周南”秉承《诗经•周南》义旨，始称周南女校。
光绪三十一年(1905年)，朱剑凡从日本留学归国，认为“女子沉沦黑暗，非教育无以拔高明”。他不顾清廷禁止女校明令，捐银近12万元，以长沙泰安里私宅花园房屋为校舍，开办女学堂。为避清廷禁女学之忌，考虑家塾是中国办学传统，朱剑凡便将女学堂命名为“周氏家塾”，1907年才正式命名为周南女学堂。
周氏家塾开始时只有周姓学生10余人，后逐渐增加外姓女子入读，到当年秋季，已有学生百余人。周氏家塾设二年制简易师范科，附以小学和蒙养园。办学中特别注重弘扬自身悠久的历史传统，并且在长期发展中形成了特有的办学精神。
1907年，随着学部颁发《女学堂章程》，周氏家塾改称为私立周南女学堂，这是湖南省较成规模的私立女子学校之一。学校除继续办师范本科外，还添设了缝纫、音乐、体操等专修科。随着班次增多，规模扩大，必须增建校舍。朱剑凡毅然将私宅花园全部献出作为永久校址，而且变卖私有田产，以所得的价款购买了地皮用来扩建房屋。朱剑凡的夫人被丈夫办学的赤诚所感动，也将陪嫁的金银首饰慷慨捐献，作为学校经费。这种毁家兴学的创举，在中国教育史上并不多见。
周南女校的办学方针为“教学要与社会生活相结合，要为社会改革和建设而服务”，课程建设坚持四个原则，即注重学生的全面发展、面向学生、推陈纳新、立足本国。全体师生均应“敬情将事，有严肃风、无浮嚣气，寓活泼于秩序之中”。该校强调启发学生的觉醒，培养学生的自治能力，鼓励学生立志求妇女解放。因此明言，凡未婚及订婚未嫁者都可入学，贫因学生也可在校半工半读。该校自开办到1916年，共培养五个班的师范生，学员均先后从事教育工作，结出累累硕果。
在办学上，周南女校还特别注重身体素质培养。1907年，周南女校举行第一次运动会，开湖南省女校运动会之先河，也是长沙市中学运动会之首例。据统计，在1925年至1948年间，在省级、国家级运动会上，该校共夺得女子游泳、网球金牌各1次，其他荣誉也收获颇多。周南女子中学的排球队非常有名，曾先后多次获得省运会冠军，4次获华中运动会冠军，1次获全国运动会冠军，1948年上海第七届全国运动会上，该校女排代表湖南进入决赛，与实力雄厚的上海队、台湾队打成平手，并列第一名。此外，周南足球队也是湖南女子足球运动中最早成立的队伍之一。
周南女校造就了大批妇女人才。其中，被誉为中国妇女运动先驱的中共中央妇女部第一任部长向警予，就是该校师范科毕业生。而向警予、陶毅(斯咏)和蔡畅亦被称为“周南三杰”。著名作家丁玲也是该校学生。该校拥有一批知名教师，资深教育家徐特立，国学家李肖聃，革命家张唯一、周以栗、熊瑾玎、陈章甫，著名诗人吴芳吉等都曾在该校任教。
五四运动中，周南女校学生办起周刊《女界钟》，传播新思想、新文化，唤起妇女冲破古人“四德”的樊篱，成为湖南妇女界最早的革命刊物，吹响了男女平权的号角。该刊宣传抵制日货，反对奸商,抨击军阀官僚;集中地讨论了妇女解放的问题,反对男尊女卑,要求男女平权、教育平等、社交公开,反对蓄婢、缠足;宣传妇女要谋求解放,必须首先做到婚姻自由和经济独立。该刊对当时的文化运动和政治运动影响很大，出版了5期就被反动军阀下令停刊。
20世纪20年代初，周南女校是新民学会的重要活动场所之一。当时，毛泽东、蔡和森经常来周南女校与校长朱建凡等商讨社会问题。新民学会19名女会员中，周南师生占13人，向警予、陶毅、劳君展、周敦祥、魏璧等都在其中。
朱剑凡毁家兴学，呕心沥血培养人才的事迹，在校内广泛流传。该校还创作了《纪念朱校长》的歌，并建有“剑凡堂”。从民国八年(1919年)到民国三十四年(1945年)，周南女校有毕业学生2182人，因此也被称为“妇女人才的摇篮”“女革命家的摇篮”。